三线蜗杆加工
三线蜗杆加工
摘 要：三线蜗杆的加工本人在2008年5月参加省教育厅和省劳动保障厅联合举办的职业技术学校技能大赛，教师组的赛题，并获得省教师组车工专业第一名，为常州市技工院校和冶金技师学院争光。
多线蜗杆加工，是车工中较难加工的一门技术。车削加工中，分线方法的选择、车工的刃磨及安装，直接影响多线蜗杆的配合精度和各种加工精度（尺寸精度、形状精度及表面粗糙度精度）。大赛结束后，本人查阅了有关资料，从理论上进一步巩固和提高了多线蜗杆加工中的工艺知识。进而能分析和解决加工中微观的各种质量问题，以及蜗杆传动误差项目的检测方法，较好的应用于教学实践。
关 键 词：多线蜗杆车刀刃磨与安装 调整 分线
螺距和导程 检测
三线蜗杆加工
零 件 图
引 言：蜗杆、蜗轮组成的运动副常用于减速传动机构中，蜗杆的齿形与梯形螺纹相似，其轴向剖面为梯形，其齿形角有40°的（米制）也有29°的（英制），一般蜗杆齿形分为轴向直廓（阿基米德螺旋线）蜗杆和法向直廓（延长渐开线）蜗杆两种。沿两条或两条以上，在轴向等距分布的螺旋线所形成的蜗杆叫多线蜗杆。
多线蜗杆加工难点较多，如刀具的计算刃磨、安装；机床的调整；车削方法；测量方法等。以下着重介绍以上几方面的内容。
一、三线蜗杆零件的技术分析及车加工蜗杆的工艺流程
1．技术分析
① 三线蜗杆的分度圆直径以及2＃模氏必须与两端的尖孔心线的同轴度为0.03mm。
② 径向各外圆与内孔（除Φ15孔径）均有较高的尺寸精度。
③ 各尺寸精度与形位公差、较高表面粗糙度对车加工来讲也同样提出了较高的要求。
④ 蜗杆的齿厚精度，分线精度较高。
2．车加工蜗杆的工艺流程
夹毛坯外圆车夹头部→夹夹头部钻中心孔→粗车外圆→粗车蜗杆→精修中心孔→半精车蜗杆→精车外圆→精车蜗杆 （整个过程采用一夹一顶）
三线蜗杆分粗车，半精车，精车三步工艺进行。粗车按齿距基本对（9.425mm）控制。半精车须正确分线两侧面留0.2mm左右精车余量，蜗杆小径车削完成。精车应严格掌握分线，并对蜗杆两侧进行光车修整牙型达图纸要求。
二、蜗杆车刀几何参数的计算、刃磨与安装
蜗杆车刀一般选用高速钢材料刃磨的车刀，并分粗、半精车、精车三个阶段并采用三把车刀进行加工。
1. 蜗杆车刀几何参数计算与刃磨
刃磨蜗杆车刀必须确定粗精车刀后角的角度与车刀刀尖的宽度。螺纹车刀后角与螺纹升角ψ有关，应先计算出ψ就可得出刃磨后角而刀头宽度应小于螺纹齿根槽，因此计算出齿根槽宽W
(1)、螺纹升角（导程角）的计算：da= ? 48㎜，mx =3， Z=3
； 计算得出ψ=12°6′
因此车刀两侧刃磨后角为：右侧后角α0R=（3°～5°）-ψ= -70～-90
左侧后角α0L=（3°～5°）+ψ=150～170
（2）、齿根槽宽W=0.697mx=0.697×3=2.09mm。一般粗车时槽两侧均留0.3mm精车余量，因此粗车刀刀头宽度为1.2～1.4mm左右，另外，为使粗车刀两刃前角一致，在前刀面倾斜一个螺旋升角，精车刀为一把时，担负精车槽底与齿侧任务，为防止三面切削而扎刀，一般刀头宽度可刃磨成1.4～1.5左右。
综上所述：刃磨蜗杆粗车刀如下（图1）所示：
图1 蜗杆粗车刀
刀具角度选择原则总结如下：
①、车刀左右刀刃之间的夹角要小于牙形角。（39030′）
②、刀头宽度要小于齿根槽宽1.2～1.4左右。
③、应磨有100～15°纵向前角。
④、径向后角60～8°。
⑤、左刃后角为150～170。 右刃后角为-70～-90 。
⑥、刀尖适当倒圆。
刃磨蜗杆精车刀如下（图2）所示
图2 蜗杆精车刀
蜗杆精车刀具体要求如下：
①、左右切削刃夹角（40°）要准确，对称，直线度好，表面粗糙度小。
②、为保证齿形角正确，一般径向前角为0°。
③、为了加工蜗杆时，达到理想表面粗糙度Ra，本人在刃磨刀具时将两侧后角略微
磨大些，使两侧切削刃更锋利。
④、为了刀具能磨出较好的表面粗糙度，应用400#～800#油石研磨至Ra0.4，并保
证刀具刀口平直光滑锋利。
在刃磨以上两刀时应选择氧化铝砂轮进行刃磨，刃磨时应及时用水冷却，以防退
火，精磨时应选80#以上砂轮刃磨，用力要轻，移动要均匀，保证刃口平直光滑。
2.蜗杆车刀的安装
安装车刀时必须根据图样注明的齿形采用相应的装刀方法。米制蜗杆的齿形角为20o，有水平装刀法和垂直装刀法两种。
1、水平装刀法
ZA蜗杆为轴向直廓蜗杆,它的齿形在轴平面内为直线，在法面内为曲线，在端平面内为阿基米德螺旋线，因此，要将车刀放于水平
位置，并且与蜗杆轴线在同一
水平面内，图3a所示。
2、垂直装刀法
ZN蜗杆又称为法向直
廓蜗杆，它的法向齿廓为直线，轴向齿廓为
曲线，因此，要将车刀刀面转 图 3 a水平装刀法b垂直装刀法
过一个导程角，与蜗杆齿侧垂直， 图3b所示。
综上所述：粗车蜗杆时采用垂直装刀法，所以在刀具前刀面上刃磨出个纵向前角。
精车蜗杆必须采用水平装刀法。所以刀具前刀面上的纵向前角为0°。
装刀时用角度样板或角度尺来安装刀具（采用透光法检验）
三.机床的调整
调整机床各部间隙，减少主轴轴向窜动和径向跳动，减少丝杠的轴向窜动。
按模数×头数（3mx×3）调整车床各手柄位置或进行交换齿轮。
用百分表校正小滑板导轨使其与工件轴线平行。
对机床的摩擦片也应该进行调整。
四.车削方法（分线）
1、分析多线蜗杆的分线方法
刀具刃磨、安装、机床调整都是为蜗杆加工服务。故刀具刃磨了3把（第一把为粗车刀、第二把为半精车刀、第三把为精车刀）。蜗杆加工分粗车、半精车、精车完成。
多线蜗杆的每一条槽均分成二层车削，第一层：0mm—9.00mm(直进、左右、斜进法)。第二层：9.00mm—13.20mm(直进、左右、斜进法)
多线蜗杆加工时，最主要是齿厚尺寸和分线精度。分线方法有：用小滑板刻度分线和交换齿轮分线法等。
用小滑板刻度分线：车好一条螺旋槽后，利用小滑板刻度控制车刀沿工件轴线移动一个螺距（周节），就可以车相邻的另一条螺旋槽。用小滑板分线操作简便，不需其他辅助工具就可以进行，但是等距精度不高。（见图4）等距精度不高的原因在于小滑板移动的轨迹不是作直线移动，没有与机床或工件的轴线平行，进行了斜线的移动轨迹，产生分线精度不高的情况。解决方法是小滑板车削一段外圆，在测量该段外圆前、中、后三段尺寸，来判断小滑板移动的是不是一条直线。
图 4 小滑板刻度分线
用交换齿轮分线法：当交换齿轮的齿数是螺纹（螺杆）
线数的整数倍时，就可以用交换齿轮分线法进行圆周分线。故
训练三线蜗杆时，操作方法是车好第一条螺旋槽后，停车，计
算出每分一线交换齿轮应转的齿数，
在和啮合处做记号a 和b，图5所示。
在齿轮上做三等分记号a，b，c 之后松开
交换齿轮架，使和脱开（注意不准提起
开合螺母手柄即不准开合螺母与丝杆脱离接
触），用手转动主轴，使记号b（或c对准记 图 5 交换齿轮分线
号d,再把和啮合，就可以车削第二条螺旋法 了。用同样方法使上的记号c（或b）对准上的记号d便可车削第三条螺旋槽。这种分线的优点是分线精度较高，但所 车螺纹线数交换齿轮Z1齿数的限制，操作也较麻烦，易出安全事故。
通过实际的操作对2种分线方法进行比较，最后采用小滑板分线法，原因是操作简单、快捷，不需其它辅助工具就可以进行，最主要还是加工中所消耗的时间短。
2、三线蜗杆车削步骤
(1).车削前，必须进行相关计算如切入深度齿顶宽等，以确定粗精车所留余量。
全齿高h=2.2mx=2.2×3=6.6mm 由此可知，总的进刀深度为直径方向13.2 mm齿顶宽f=0.843mx=2.53mm 由此确定粗精车加工余量。
(2).三线蜗杆车削步骤分粗车、半精车、精车三步
①粗车：主要目的是车出梯形槽，以去除大量余量。
用三角螺纹车刀刻线（刻线法）。将小滑板刻度对零位，然后按3线蜗杆的齿距进行分线，同时用三角外螺纹车刀的刀尖刻出粗车时的三个齿顶宽（Sa按0.834 mx+0.5mm掌握）以及三个螺旋槽的位置，然后按位置进行粗车，如此效率较高，粗车时必须在刻线范围内车削（不能超越齿顶宽刻线），切至6.6×2=13.2mm深。千万不能超越齿顶宽刻线。。刻线目的主要是确定槽与齿顶位置，便于粗加工时快速切去余量而不把齿顶车小，刻线时一般按粗车牙顶每侧留0.3mm余量进行刻线，刻线深度为0.1mm。
②半精车：半精车是为精车提供分线准确、留有较小余量并具有较好表面粗糙度的半成品。因此半精车必须纠正粗车产生的分线误差，并使精车余量均匀。表面粗糙度控制在Ra3.2～6.3um以内。其方法是：采用小滑板分线法半精车第一条螺旋槽，先将蜗杆齿根圆直径车至规定要求，并记下中滑板刻度，半精车齿槽顺走刀方向侧面留精车余量约0.15mm，记下小滑板刻度及“赶刀量”；用小滑板移动一个齿距，半精车二、三等条螺旋槽的齿根圆直径至要求，同方向侧面余量均0.15mm，注意中、小滑板刻度及“赶刀量”不变，再按上述方法，依次逐个半精车齿槽另一侧面，并留出0.15mm的精车余量。
③精车时：我采用小滑板分线，加工三线蜗杆的分线精度。除了细心外，还应熟练掌握“多次循环分线，依次逐面车削原则”原则。
a、刀具：为保证精车侧面有较好的表面粗糙度，一般要求刀具切削刃平直、光滑、锋利。
b、低速：精车蜗杆时主轴转速要慢，转速过高，齿面表面粗糙度难以保证，故选择n以10r/min为宜，也可采用晃车的办法降低转速。
c、薄切屑：精车齿槽两侧面切削深度要小（尤其是最后两刀），ap=0.01～0.02mm,使车下的切屑如铝箔一样薄而发亮，没走一刀都要仔细观察和分析排屑情况，判断车工是否保持锋利。
d、切削液：训练中选用乳化液并充分浇注。
e、勤测量：由于分线误差、车刀磨损、让刀等诸多因素，易造成三头蜗杆齿距误差，精车时应勤用单针测量法控制蜗杆分度圆直径，力求各头一致，还要用齿厚卡尺测量蜗杆各头齿厚并作记号。最后利用小滑板赶刀进行修正，使各头齿厚相等，使齿距得到保证。
五、齿厚的测量
蜗杆的齿厚尺寸和分线精度是取决于测量。
用齿厚卡尺测量蜗杆法向齿厚测量时把齿厚卡尺读数调整到齿顶高尺寸发向
卡入齿廓，齿厚卡尺读数为蜗杆分度圆直径法向齿厚，使用时方法祥见（下图6）。测量好之后应锁紧螺母，转之法向卡入齿部透光法，观察尺顶部或两爪卡口与工件是否有间隙。有间隙说明测量不准确，须重新测量，使用尺时不要用力过重，不可硬扳否则会损坏卡尺口部合金，损坏了量具。
图 6 齿厚卡尺测量
②、用单针测量配合齿厚卡尺测量分线精度测
量精度较高的蜗杆，图样上标注的是齿厚公差时，
为了提高测量精度。可将齿厚偏差换算成量针测
量距偏差，用三针或单针测量。
计算公式如下：
M=d1+3.24dD-4.1316m+1.2909dDtg2ψ
或中 M——三针测量时公法线千分尺测量尺寸
d1——蜗杆分度圆直径
ψ——蜗杆导程角
dD——量针直径（dD=1.675mx）
MX——轴向模数
单针测量时读数公式 ：
d——蜗杆齿顶圆直径
当齿厚卡尺测量各齿厚一致，单针每测量每槽A值一致时，该螺纹分线精度误差为零，当其中某值有所偏差时，即可判断其分线精度的误差大小根据公式计算并进行修正。
六.加工中容易出现的问题及分析
车削中产生扎刀现象
（1）、主要的原因有: 工件夹紧不牢靠而走动致使切削量陡增；此外车刀杆弹性差，
切削量选择过大，蜗杆车刀纵向前角太大，而中滑板丝杠螺母间隙大，刀头过宽引起三面扎刀；还有顶尖未顶好，开合螺母未吊重物，车削中受力后上抬也会引起扎刀；以及小滑板塞铁未调紧，轴向窜动会引起扎刀。
（2）、齿距不正确。分线方法不精确，工艺系统磨损，车床主轴丝杠开合螺母间隙
大，以及滑板箱手轮在轮动中不平衡等都是引起齿距偏差的原因。
（3）、齿形不正确。主要原因是车刀的刃磨和安装不能正确或开前角后刀具夹角未修正，车刀刀尖和工件中心不等高，刀尖角平分线未与工件轴线垂直，精车时未用万能角度尺装刀或车刀中途磨损所造成。
（4）、表面质量差。刀杆刚性不足而产生振动，车刀磨钝而损坏，工件刚性差且切削用量选择不适当，加工时借刀量过大而无法修整。加工阶段余量未留足，切削液选用不当，车削出现积屑瘤或切削拉毛蜗杆齿侧面，都会使表面质量下降。
结 束 语
通过在赛前认真的训练，逐步掌握多线蜗杆加工，在反复的训练
中对刀具刃磨、安装，车削方法（分线）与测量等进行了反反复复验证。最终三线蜗杆从开始加工到完成，只用了1小时15 分钟左右的时间。为我在省大赛中打下了良好的基础。最终荣获省技能大赛车工教师组一等奖（工件得分为91分）。以上是我个人对多线蜗杆加工的肤浅认识，恳请各位专家给予指正，提出宝贵意见。
参 考 文 献
1 《高级车工技能训练》 中国劳动出版社
2 《车工工艺与技能训练》 中国劳动社会保障出版社
3 《车工技师培训教材》 机械工业出版
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